1,绿原酸
(1)结构式:
CAS:327-97-9
绿原酸是金银花的主要抗菌、抗病毒有效药理成分之一。半水合物为针状结晶(水)。110 ℃变为无水化合物,熔点208℃。25℃水中溶解度为4%,热水中溶解度更大。可溶于甲醇、乙醇,微溶于水、醚、乙酸乙酯,在氯仿、苯中溶解度较差。
(2)制备方式:
(a)天然提取法:
水提法、有机溶剂浸提法、酶解法、超临界流体萃取法、微波辅助法、超声波辅助法等多种方法从含有绿原酸的植物中提取;
(b)化学合成法:
(3)来源:杜仲科植物杜仲Eucommia ulmoides Oliv. 的叶,忍冬科植物忍冬、红腺忍冬、山银花或毛花柱忍冬Lonicera dasytyla Rehd.的干燥花蕾或带初开的花,蔷薇科植物英国山楂的果实,千屈菜科植物千屈菜花,无患子科植物坡柳,水龙骨科植物欧亚水龙骨根茎,马鞭草科植物假败酱根,十字花科植物卷心菜茎、叶,蓼科植物扁蓄全草,茜草科植物篷子菜全草,忍冬科植物蒴翟全草。旋花科植物红薯的叶。茜草科植物小果咖啡、中果咖啡及大果咖啡的种子。菊科植物牛蒡的叶和根。
(4)应用:绿原酸具有广泛的生物活性,现代科学对绿原酸生物活性的研究已深入到食品、保健、医药和日用化工等多个领域。绿原酸是一种重要的生物活性物质,具有抗菌、抗病毒、增高白血球、保肝利胆、抗肿瘤、降血压、降血脂、清除自由基和兴奋中枢神经系统等作用。
2,槲皮素
(1)槲皮素结构:
CAS:117-39-5
黄色针状结晶, 槲皮素属黄酮类化合物,多以甙的形式存在,经酸水解可得到槲皮素。 二水合物为黄色针状结晶(稀乙醇),在95-97°C成为无水物,熔点314°C(分解)。能溶于冷乙醇(1:290),易溶于热乙醇(1:23),可溶于甲醇、乙酸乙酯、冰醋酸、吡啶、丙酮等,不溶于水、苯、乙醚、氯仿、石油醚等,碱性水溶液呈黄色,几乎不溶于水,乙醇溶液味很苦。
(2)制备方法:
(a)天然提取法:
以芦丁、槐米为原料的酸水解法,芦丁加入10%的硫酸,水解制得槲皮素。或者芦丁加入甲醇溶液,在浓盐酸作用下,水解制备,经反复结晶获得较高纯度的槲皮素。
(b)微生物发酵法:
以苦荞为原料制备槲皮素,利用特异活性的青霉菌作为发酵工程菌种进行发酵工艺构建。制备过程如下图:
(c)生物合成法:
以苯丙氨酸作为初始前体,在酵母中添加植物外源基因,即来自杨树的 PAL,来 自 大 豆的 C4H、4CL、 CHS、 CHI、 F3H、 F3'H 和来自马铃薯的FLS,实现槲皮素的生物合成,产量为0.38 mg/L。
Ververidis F. Metabolic engineering of the complete pathway leading to heterologous biosynthesis of various flavonoids and stilbenoids in Saccharomyces cerevisiae[J]. Metab. Eng., 2009, 11 (6): 355-366.
在生产对香豆酸的大肠杆菌中添加6种植物来源的生物合成酶(即 F3'5'H-CPR,4CL, CHS, CHI, FHT, FLS)实现了槲皮素的生物合成
Yan Y, Koffas M A G, Leonard E. Functional expression of a P450 flavonoid hydroxylase for the biosynthesis of plant-specific hydroxylated flavonols in Escherichia coli[J]. Metab. Eng., 2006, 8(2): 172-181
在链霉菌中,使用来自荚膜红细菌的酪氨酸氨裂合酶 (TAL) 进行异源生物合成,将 L-Tyr直接转化为对香豆酸,同时引入荷兰芹来源的柚皮素3-双加氧酶(N3DOX)合成二氢山柰酚,最后通过来自拟南芥的F3'H和FLS1首次在链霉菌中实现了槲皮素的全合成,产量为0.599 mg/L
Marín L, Gutiérrez-del-Río I, Entrialgo-Cadierno R, et al. De novo biosynthesis of myricetin, kaempferol and quercetin in Streptomyces albus and Streptomyces coelicolor[J]. PLoS One, 2018, 13(11): e0207278
在谷氨酸棒状杆菌中,以咖啡酸作为前体,分别表达来自荷兰芹的 4CL,矮牵牛的 CHS、CHI和F3H以及来自非洲黑杨的FLS实现槲皮素的生物合成, 浓度达到10 mg/L。
Kallscheuer N, Vogt M, Bott M, et al. Functional expression of plant-derived O-methyltransferase, flavanone 3-hydroxylase, and flavonol synthase in Corynebacterium glutamicum for production of pterostilbene, kaempferol, and quercetin[J]. J. Biotechnol., 2017, 258: 190-196
在工程酵母中将拟南芥来源的C4H和细胞色素P450还原酶 (ATR2) 配 合 使用,并过表达来自长春花的CPR和矮牵牛的细胞色素P450黄酮类单加氧酶(FMO)的融合蛋白 CPR-FMO,可以提高类黄酮的生产代谢能力,使得槲皮素的产量达到20.38 mg/L。
Rodriguez A, Strucko T, Stahlhut S G, et al. Metabolic engineering of yeast for fermentative production of flavonoids[J]. Bioresource Technology, 2017, 245: 1645-1654.
3、来源:
存在于许多植物的花、叶、果实中,多以甙的形式存在,如芦丁(芸香甙),槲皮甙,金丝桃甙等植物中含量较高。槲皮素是一种生物活性黄酮醇,主要存在于洋葱、苹果、 浆果和西兰花等经常食用的植物性食物中。许多中草药如槐米、侧柏叶、高良姜、款冬花、桑寄生、三七、银杏等均含此成分,其中槲皮素在槐花米中含量高达4%左右。存在于壳斗科植物伊比利亚栎Quercus iberica 皮和叶,小檗科植物红八角莲,金丝桃科植物红旱莲(湖南连翘),夹竹桃科植物红麻叶。
4、应用:
槲皮素具有较好的祛痰、止咳、平喘作用,用于治疗慢性支气管炎;具有抗氧化及清除氧自由基功能,具有保护心血管、预防冠心病、防治心肌缺血再灌注损伤、降胆固醇、降血脂、扩张冠状动脉、抗衰老、抗血栓等作用;此外槲皮素还具有消炎、抗过敏、镇定、抗菌、抗病毒、抗纤维化、免疫调节、抗肿瘤、预防癌症等作用。
3,白藜芦醇
(1)物化性质
结构式:
CAS:501-36-0
白藜芦醇无味、白色晶体,难溶于水,易溶于乙醇,丙酮等有机溶剂。熔点253-255℃。分子量228.24 ,紫外吸收波长:286nm(顺式),304nm(反式)。稳定性较差,遇三氯化铁-铁氰化钾溶液呈蓝色,遇氨水等碱性溶液显红色。白藜芦醇对光不稳定。
(2)制备方法:
(a)天然提取法:
白藜芦醇广泛存在自然界中,虽然在众多植物中均有,但白藜芦醇的含量不超过0.3%,植物提取法难以形成产业化,生产能力较小。
(b)生物合成法:
酶法1:通过 4-香豆酰辅酶 A 连接酶(4CL)和芪合酶(STS) 合成白藜芦醇;
2003年,Backer 等第一次报道了把来源于杂交杨树的连接酶编码基因(4CL216)和葡萄白藜芦醇合酶基因(vst1)共表达在酿酒酵母中,该酵母具有代谢对香豆酸的能力,通过培养后检测得到 1.5 μg/L 的白藜芦醇。
Jvw B, Go A, Mg V D M M, et al. Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for the synthesis of the wine-related antioxidant resveratrol. FEMS Yeast Research, 2003, 4(1): 79-85.
2006年,Watts等在大肠杆菌中共表达含有拟南芥 4CL1基因的重组载体和含有花生 STS 基因的重组载体,在培养基中添加对香豆酸前体,白藜芦醇产量为 104.5 mg/L。
Watts K T, Lee P C, Schmidt-Dannert C. Biosynthesis of plant-specific stilbene polyketides in metabolically engineered Escherichia coli. BMC Biotechnology, 2006,6(22): 1-12.
酶法2:
张春枝等从虎杖中提取的虎杖苷,加入来源于 Aspergillus oryzae sp. 100 的 β-葡萄糖苷酶粗酶液(5 U/mL),60 ℃反应4 h后白藜芦醇的浓度为22.5 g/L。
Chen M, Li D, Gao Z Q, et al. Enzymatic transformation of polydatin to resveratrol by piceid-beta-d-glucosidase from Aspergillus oryzae. Bioprocess and Biosystems Engineering, 2014, 37(7): 1411-1416.
(c)化学合成法:
Witting法:
以3,5-二羟基甲苯作为起始原料,经羟基保护、溴化制得Witting盐,与4-甲基硅氧基苯甲醛反应,再脱保护得到白藜芦醇。
Witting-Homor法:
Perkin法:
以3,5-二异丙氧基苯甲醛为起始原料,经缩合,异构化,脱保护合成了白藜芦醇。
Heck法:
以二羟基苯甲酸为起始原料,经过乙酰化、氯代,Heck反应,脱保护制备得到白藜芦醇。
(3)来源
白藜芦醇是多酚类化合物,主要来源于花生、葡萄(红葡萄酒)、虎杖、桑椹等植物,在大多数植物中均存在,但含量较低。
(4)应用
白藜芦醇主要是属于多酚类物质中的一类,它通常是作为一种植物抗毒素而存在,其本身具有强效的抑菌作用,在抗氧化延缓细胞衰老方面有着显著的效果,同时还具有抗肿瘤、抗炎、抗过敏、抗心血管疾病、保护神经系统等药理活性可以应用于医药行业,对于人类疾病治疗的研宄具有很高的价值。
4,单宁酸
(1)结构与性质:
丹宁酸;鞣酸;没食子鞣酸;CAS:1401-55-4
单宁酸不是单一的化合物,化学组成比较复杂,大致分为两种:缩合单宁酸,通过碳-碳键与儿茶酚或苯三酚结合;水解单宁酸,分子中具有酯键,是葡萄糖的没食子酸酯。单宁酸是由五倍子中得到的一种鞣质。为黄色或淡棕色轻质无晶性粉末或鳞片;无臭,微有特殊气味,味极涩。溶于水(250 g/L)及乙醇,易溶于甘油,几乎不溶于乙醚、氯仿或苯。其水溶液与铁盐溶液相遇变蓝黑色,加亚硫酸钠可延缓变色。
(2)制备方法
主要为天然提取法,从五倍子中进行有机溶剂乙醚抽提,浸出液用重亚硫酸钠漂白,回收乙醚,即成医药用单宁。
(3)来源
单宁存在于多种树木(如橡树和漆树)的树皮的果实中,含量达50%~70%。其化学组分随原料来源而异。